Układy regulacji - Szkoła Nowoczesnych Technik Grzewczych · 2017. 10. 13. · Automatyka i...

Automatyka i sterowania

• Układy regulacji

• Regulacja i sterowanie

• Przykłady regulacji i sterowania

Automatyka i sterowanie 2

Układy regulacji

Funkcje realizowane przez automatykę:

regulacja

sterowanie

zabezpieczenie

optymalizacja


Układy regulacji

Układ regulacji jest połączeniem elementów automatyki,

które współpracują ze sobą realizują wyznaczone zadanie.

Schemat blokowy układu regulacji:


Układy regulacji

Wyznaczone zadanie:


Układy regulacji

Element automatyki

Element automatyki, jest to urządzenie posiadające

sygnał wejściowy i sygnał wyjściowy.

Elementy automatyki możemy podzielić na:

elementy liniowe

elementy nieliniowe


Układy regulacji

Element automatyki; c.d.

Elementy liniowe – są to elementy, których matematyczny opis

ma postać zależności liniowych.

Elementy nieliniowe – są opisywane za pomocą nieliniowych równań

algebraicznych, różnicowych lub różniczkowych.


Układy regulacji

Obiekt regulacji

Obiekt regulacji, w wyniku zewnętrznych oddziaływań, realizuje pożądany

algorytm działania.

Obiektem regulacji może być: urządzenie, zespół urządzeń lub proces

technologiczny.


Układy regulacji

Obiekt regulacji; c.d.

Na obiekt regulacji oddziałują:

zmienne wejściowe u (sygnały nastawiające),

oraz sygnały zakłócające z (tzw. zmienne „szkodliwe”).

Sygnały wejściowe wpływają na sygnały wyjściowe,

nazywane zmiennymi regulowanymi y.


Układy regulacji

Obiekt regulacji; c.d.

Zakłócenie z jest sygnałem wywierającym niekorzystny wpływ

na wartość wielkości regulowanej y.

Wartość zadana w wielkości regulowanej jest określana

przez wielkość wiodącą w procesie regulacji.


Układy regulacji

Regulator

Regulator jest elementem układu regulacji, który wytwarza sygnał

sterujący wpływający na przebieg wielkości regulowanej.

Sygnałem wejściowym regulatora jest uchyb regulacji e, a wyjściowym

jest wielkość sterująca u.

Uchyb regulacji e – otrzymuje się w regulatorze przez porównania

wielkości zadanej w oraz wielkości regulowanej y.


Układy regulacji

Regulator; c.d.

Regulator, w zależności od uchybu regulacji e, odpowiednio zmienia

sygnał sterujący u, tak żeby spełnić warunek równości wielkości

regulowanej i wartości zadanej:


Układy regulacji

Urządzenie wykonawcze

Urządzenie wykonawcze składa się z elementu napędowego

i elementu wykonawczego.

Element wykonawczy wymusza zmiany wielkości regulowanej y.


Układy regulacji

Urządzenie wykonawcze; c.d.

Element napędowy służy jako napęd elementu wykonawczego: silnik,

siłownik.

Elementy wykonawcze:

w systemach grzewczych: pompa, zawór regulacyjny

wentylacja: wentylator, przepustnica

urządzenia transportowe: podajnik, przenośnik


Układy regulacji

Element pomiarowy

Element pomiarowy jest to część układu regulacji, którego zadaniem

jest pomiar wielkości regulowanej y oraz wytworzenie sygnału ym,

odpowiedniego do wprowadzenia do regulatora.


Układy regulacji

Schematy blokowe

W technice regulacji elementy i działanie układu automatyki przedstawia

się często w formie graficznej – w postaci schematu blokowego.

Pojedyncze bloki są elementami obwodu regulacyjnego,

a każdy z nich ma wielkość wejściową i wyjściową.

Bloki rysowane są w postaci prostokątów z umieszczonymi wewnątrz

informacjami opisującymi ich właściwości.


Układy regulacji

Węzły informacyjne

Węzły informacyjne umożliwiają przekazanie tej samej informacji

do kilku różnych punktów schematu blokowego – 1 wejście i co najmniej

2 wyjścia.

Rys. Schemat węzła informacyjnego.


Układy regulacji

Węzły sumujące

Węzły sumujące (porównujące) umożliwiają algebraiczne sumowanie

kilku sygnałów – co najmniej 2 wejścia i 1 wyjście.

Rys. Schemat węzła sumującego.

węzeł sumujący


Układy regulacji

Łączenie bloków

Bloki mogą być łączone:

szeregowo

równolegle

w układzie ze sprzężeniem zwrotnym

W każdym z wymienionych połączeń można wyznaczyć wypadkową

zależność między sygnałem wejściowym a sygnałem wyjściowym.

Zależność między tymi sygnałami nazywana jest transmitancją.


Układy regulacji

Łączenie bloków; c.d.

Połączenie szeregowe

(nazywane również połączeniem kaskadowym),

gdzie sygnał wyjściowy jednego bloku jest sygnałem wejściowym

bloku następnego.

Transmitancja wypadkowa Gw - jest iloczynem transmitancji

poszczególnych bloków:


Układy regulacji


Połączenie równoległe,

ten sam sygnał jest wprowadzany do kilku bloków,

a sygnały wyjściowe tych bloków są algebraicznie sumowane.

Transmitancja wypadkowa Gw dowolnej liczby bloków - jest sumą

algebraiczna poszczególnych transmitancji:

węzeł sumujący

węzeł informacyjny


Układy regulacji


Połączenie ze sprzężeniem zwrotnym,

sygnał wyjściowy układu, bezpośrednio lub za pomocą innego bloku,

zostaje wprowadzony na wejście tego układu.

Jeśli sygnał wejściowy odejmujemy od sygnału wejściowego do układu u,

wówczas sprzężenie nazywamy ujemnym („-”),

jeśli sygnał ten dodajemy wówczas sprzężenie nazywamy dodatnim („+”).

Transmitancję wypadkową Gw obliczamy ze wzoru: „+” – przy sprzężeniu dodatnim,

„-” – przy sprzężeniu ujemnym


Regulacja i sterowanie

REGULACJA

jest to proces, w tkacie którego

mierzy się jakąś wielkość fizyczną, nazywaną wielkością regulowaną y,

porównuje z inną wielkością, nazywaną zadaną w

i wpływa na przebieg tego procesu w celu minimalizacji różnicy tych

wielkości e.

W procesie regulacji obieg sygnałów odbywa się w obwodzie

zamkniętym, nazywanym układem automatycznej regulacji.



REGULACJA; c.d.

Inna definicja…

Układ regulacji jest to

zamknięty układ sterowania, lub

układ sterowania ze sprzężeniem zwrotnym.

Żeby otrzymać zamknięty układ sterowania należy zamknąć pętlę

oddziaływań, uzależniając sterowanie od skutków jakie to sterowanie

wywołuje.



REGULACJA; c.d.

Przykład układu regulacji

Schemat układu regulacji temperatury powietrza w ogrzewanym

pomieszczeniu:

1 – regulator,

2 – czujnik temperatury

powietrza w pomieszczeniu,

3 – człon wykonawczy,

4 – obiekt regulacji –

pomieszczenie z grzejnikiem,

u – wielkość nastawna,

w – wartość zadana,

y – wielkość regulowana,

z1, z2,…,z5 – wielkości

zakłócające.



REGULACJA; c.d.

Przykład układu regulacji; c.d.

Schemat blokowy układu regulacji:

1 – regulator,

2 – czujnik temperatury,

3 – siłownik z zaworem,

4 – pomieszczenie z grzejnikiem,

z – wielkości zakłócające.

y – wielkość regulowana,

w – wartość zadana,

u – wielkość nastawna,

e – odchyłka regulacji,



STEROWANIE

jest to proces w układzie, w którym jedna wielkość lub ich większa ilość,

jako wielkości wejściowe,

wpływają na wielkości wyjściowe, według prawidłowości właściwej

układowi.

Układ sterowania jest układem otwartym, w którym sygnał wyjściowy

nie jest mierzony ani porównywany z sygnałem wejściowym i nie wpływa

na akcję sterowania – brak sprzężenia zwrotnego.

Otwarte układy sterowania stosowane są wówczas, gdy związek

pomiędzy sygnałem wejściowym i wyjściowym jest znany.



REGULACJA i STEROWANIE - różnice

Układ REGULACJI

Układ STEROWANIA


Przykłady regulacji i sterowania

Schemat układu automatycznej regulacji i sterowania:

Sterowanie temperaturą

powietrza w pomieszczeniu ti

i

regulacja temperatury wody

zasilającej grzejnik:

1 - regulator, 2 – czujnik temperatury

wody, 3 – zawór regulacyjny z

siłownikiem, 4 - wymiennik ciepła,

5 - pompa obiegowa, 6 – grzejnik

w ogrzewanym pomieszczeniu;

w – wartość zadana, u – sygnał

nastawiający, y- wielkość regulowana,

ym– zmierzona wartość wielkości

regulowanej, y’ – wielkość

sterowana, z1, z2 – zakłócenia



Schemat układu automatycznej regulacji i sterowania; c.d.

Schemat blokowy układu regulacji i sterowania: 1 - regulator, 2 – czujnik temperatury wody, 3 – zawór regulacyjny z siłownikiem,

4 - wymiennik ciepła, 5 - pompa obiegowa, 6 – grzejnik w ogrzewanym pomieszczeniu;

w – wartość zadana, u – sygnał nastawiający, y- wielkość regulowana, ym– zmierzona

wartość wielkości regulowanej, y’ – wielkość sterowana, z1, z2 – zakłócenia



Regulacja pogodowa jako przykład regulacji i sterowania:



Sterowanie czasowe (programowe) przełączaniem równolegle

połączonych pomp:

Dziękuję za uwagę…

Automatyka i sterowanie 12.10.2017r.

mgr inż. Krzysztof Gnyra

tel. 602 231 407

e-mail: [email protected]

www.viessmann.edu.pl

http://www.viessmann.edu.pl/

Układy regulacji - Szkoła Nowoczesnych Technik Grzewczych · 2017. 10. 13. · Automatyka i...

Documents

Transcript of Układy regulacji - Szkoła Nowoczesnych Technik Grzewczych · 2017. 10. 13. · Automatyka i...